馬鈴薯生漿饅頭的加工工藝研究

曹燕飛，李思齊，郝 鑫，魯 梅，周陸紅，趙升鵬，李宏軍?

（1. 濰坊工程職業學院 應用化學與食品藥品學院，山東 青州 262500；2. 濰坊市農業科學院，山東 濰坊 261071；3. 山東理工大學 農業工程與食品科學學院，山東 淄博 255000）

馬鈴薯(Solanlum tuberosum L.)又稱為土豆、山藥蛋、洋芋等，是繼小麥、水稻、玉米的第四大糧食作物，目前有150多個國家和地區種植，其栽培面積達2 000多萬hm2[1]。馬鈴薯具有豐富的營養價值，富含淀粉、蛋白質、維生素、礦物質、膳食纖維和多酚等抗氧化物質，享有“植物之王”“地下蘋果”“第二面包”等美稱[2-3]。馬鈴薯的蛋白質屬于完全蛋白質，含賴氨酸、酪氨酸、蘇氨酸等8種必需氨基酸，其中賴氨酸的含量要高于谷物，與其他的谷物糧食作物搭配攝入時可以提高人體攝入蛋白質全面性[4-5]。馬鈴薯還具有預防動脈粥樣化、抗衰老、補氣益血、增強血管的彈性、預防胃腸道疾病的功能特性[6-7]。

馬鈴薯具有豐富的營養價值及功能特性對居民膳食營養水平有很大的改善。為充分發揮馬鈴薯在居民的膳食、營養、產業結構等方面的作用，國家農業部于 2015年提出推進馬鈴薯主食產業開發，2020年我國會有超出50%的馬鈴薯作為主食進行消費[8]。因此，越來越多的研究者將不同比例的馬鈴薯全粉添加到小麥粉中制作馬鈴薯主食[9-11]，但由于馬鈴薯全粉的成本高，以此為原料能提升馬鈴薯主食的生產成本，阻礙了它的大規模利用，因此急需降低馬鈴薯主食成本的原料[12-13]。

本文以馬鈴薯生漿作為馬鈴薯饅頭的原料，通過對其加工工藝進行優化，確定馬鈴薯生漿饅頭最佳的工藝參數。通過研究不同酵母添加量、發酵溫度、發酵時間、壓面次數、醒發時間對饅頭品質的影響，并以比容為考察指標通過響應面法優化30%馬鈴薯生漿饅頭的最佳工藝參數，從而改善馬鈴薯生漿饅頭的品質。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

中筋小麥粉（水分含量 11.1%，蛋白質含量9.5%）：淄博市云海面粉廠；高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；食品級抗壞血酸：鄭州康本生物科技有限公司。

2019年收獲季節的新鮮、健康和完整的馬鈴薯（品種：希森6號）：希森馬鈴薯產業集團有限公司。馬鈴薯生漿是將馬鈴薯經清洗、去皮后，于破碎機中打漿 2 min同時加入 0.2%抗壞血酸（w/w）。獲得的馬鈴薯生漿的水分、蛋白質分別為80.8%和1.8%。馬鈴薯生漿在使用前將水分調整到81%。

1.2 儀器與設備

BRF-18C醒發箱：廣州展卓商用設備制造有限公司；M400 破碎機：中山市帝贊電器有限公司；MT140壓面機：棗陽巨鑫機械有限公司；TA.XT.plus型質構儀：英國Stable Micro Systems公司；多功能電熱鍋：山東鍋老大有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 馬鈴薯生漿饅頭的制備

30%馬鈴薯生漿饅頭的配方如下：90 g馬鈴薯生漿，210 g小麥粉，適量的酵母和60 mL水。將所有成分進行混合并揉制3 min形成面團。然后將面團置于溫度32 ℃和相對濕度80%的醒發箱中進行發酵。將發酵面團進行7次壓面；然后將其分成平均重量為100 g的面團。將面團揉制成圓型饅頭坯，在32 ℃和80%相對濕度的醒發箱中醒發 15 min后，將饅頭坯置于蒸鍋中蒸制20 min。將該工藝條件下制作的饅頭作為對照組。指標分析之前，將饅頭在室溫條件冷卻1 h。

1.3.2 單因素實驗

保持發酵時間（60 min）、發酵溫度（32 ℃）、壓面次數（7）、醒發時間（15 min）不變，考查酵母添加量（0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%）對饅頭品質的影響。

保持酵母添加量（1.0%）、發酵溫度（32 ℃）、壓面次數（7）、醒發時間（15 min）不變，考查發酵時間（30、50、70、90、110 min）對饅頭品質的影響。

保持酵母添加量（1.0%）、發酵時間（70 min）、壓面次數（7）、醒發時間（15 min）不變，考查發酵溫度（27、30、33、36、39 ℃）對饅頭品質的影響。

保持酵母添加量（1.0%）、發酵時間（70 min）、發酵溫度（33 ℃）、醒發時間（15 min）不變，考查壓面次數（5、8、11、14、17）對饅頭品質的影響。

保持酵母添加量（1.0%）、發酵時間（70 min）、發酵溫度（33 ℃）、壓面次數（11）不變，考查醒發時間（10、15、20、25、30 min）對饅頭品質的影響。

1.3.3 響應面實驗

根據單因素的實驗結果，采用 Central Composite Design（CCD）中心組合實驗，選擇酵母添加量、發酵時間、發酵溫度、壓面次數和醒發時間為實驗因素，以饅頭比容為指標，采用五因素五水平二次旋轉正交組合進行實驗。因素水平編碼表如表1所示。

表1 實驗因素水平及編碼表Table 1 Experiment factors and levels table

1.3.4 饅頭品質的測定

饅頭的比容根據張鳳婕[14]等描述的小米置換法測定。比容以mL/g表示。

饅頭的質構特性包括彈性、內聚力和回復性測定采用配備5 kg稱重傳感器的TA-XT2i質構分析儀。沿饅頭中心處切下兩片2 cm的饅頭進行測試。具體測試條件及參數設置如下：使用P/36探頭，模式為 TPA；測試速度為 1 mm/s，測試前速度為1 mm/s，測試后速度為2 mm/s，壓縮程度為50%。

1.4 數據分析

統計分析采用 SPSS軟件進行 One-way ANOVA以及Duncan檢驗，P<0.05表示相同指標中不同的字母意味著差異顯著；響應面圖與回歸方程采用 Design-Expert 8.0軟件進行分析，P<0.01表示極顯著影響，P<0.05 表示顯著影響。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果分析

2.1.1 酵母添加量對饅頭品質的影響

由表2得出，酵母添加量的增加使饅頭的比容、內聚力、彈性以及回復性都先增加后減少，這表明酵母添加量過少或過多都不利于饅頭的品質。酵母含量較少時減少面團的產氣量從而導致饅頭的比容小，而酵母添加過多時會導致面團發酵過度，使面團中面筋網絡的持氣性變差，造成饅頭易塌陷或收縮，從而影響饅頭的整體品質。從表中發現1.0%的酵母添加量，饅頭的比容大、質構特性較好[15]。

表2 酵母添加量對馬鈴薯生漿饅頭品質的影響Table 2 Effect of yeast addition on quality properties of potato pulp steamed bread

2.1.2 發酵時間對饅頭品質的影響

由表3所知，饅頭的比容、彈性、內聚力以及回復性都隨著發酵時間的增加而出現先增加后減少的現象。發酵時間主要是通過面團發酵過程中酵母的產氣量以及引起的化學變化來影響饅頭的品質[16]。發酵時間過短會導致酵母產氣能力不足，難以形成疏松多孔的結構，會使饅頭比容以及質構特性較小。然而發酵過度會使面筋過度延伸影響面團的持氣性，導致饅頭塌陷并產生酸性氣味，導致饅頭品質下降[17]。發酵時間在70 min左右時，饅頭各項指標達到最大值。

表3 發酵時間對馬鈴薯生漿饅頭品質的影響Table 3 Effect of fermentation time on quality properties of potato pulp steamed bread

2.1.3 發酵溫度對饅頭品質的影響

由表4可知饅頭的比容、彈性、回復性隨著發酵溫度的升高表現出先增加后減少的趨勢。所有饅頭的內聚力沒有顯著的差異（P>0.05）。較低的發酵溫度會導致酵母的生長速度緩慢，使面團中產生較少的氣體使其難以形成疏松多孔的面筋網絡結構，從而使饅頭的比容、彈性及回復性較小。然而發酵溫度較高時，同樣由于酵母的生長繁殖受到限制會影響面筋結構的形成，導致降低饅頭的品質[18]。發酵溫度在33 ℃左右時或許適合酵母生長繁殖而提高饅頭品質。

表4 發酵溫度對馬鈴薯生漿饅頭品質的影響Table 4 Effect of fermentation temperature on quality properties of potato pulp steamed bread

2.1.4 壓面次數對饅頭品質的影響

如表5所示，隨著壓面次數的增加，饅頭的比容、彈性、回復性均先增加后減少。原因可能是面團經過適當地壓延，會有助于麥醇溶蛋白和麥谷蛋白的結構分布，使面團在醒發過程中面筋網絡得以伸展而使饅頭結構細膩，彈性、內聚力、回復性以及比容增加。然而面團過度壓延會造成面筋網絡結構的破壞，從而導致饅頭的比容以及質構特性的降低[19]。壓面次數在 11次時，饅頭各項指標達到最大值。

表5 壓面次數對馬鈴薯生漿饅頭品質的影響Table 5 Effect of sheeting time on quality properties of potato pulp steamed bread

2.1.5 醒發時間對饅頭品質的影響

由表6可知，饅頭品質隨著醒發時間的增加呈現先增加后減少的趨勢。當醒發時間在20 min左右時，饅頭的比容、彈性最大。較短的醒發時間會減少饅頭坯內部的酵母產氣量，使面筋網絡結構沒有充分延伸而導致饅頭彈性較差、體積較小。而過度的醒發時間會使酵母過度產氣，會破壞面筋結構使饅頭坯的持氣性降低，從而造成饅頭出現塌陷，體積較小，內部結構不均勻。

表6 醒發時間對馬鈴薯生漿饅頭品質的影響Table 6 Effect of proofing time on quality properties of potato pulp steamed bread

2.2 響應面優化實驗

對酵母添加量（A）、發酵時間（B）、發酵溫度（C）、壓面次數（D）、醒發時間（E）進行五因素五水平的響應面實驗，以饅頭比容為考察指標，實驗數據見表7。方差分析結果見表8。

表7 響應面實驗安排與結果Table 7 Response surface test arrangement and results

表8 比容的回歸模型方差分析Table 8 Regression model analysis of variance of specific volume

回歸模型顯著（P<0.05），表明回歸模型的自變量和因變量之間的顯著相關?；貧w方程的模型顯著，失擬項不顯著（P=0.83>0.05），R2=0.90，這表明回歸方程合理可行，并且實驗的可信度高。其中因素D對比容有顯著的影響（P<0.05），二次項A2、B2和C2對結果極顯著以及D2和E2對饅頭比容極其顯著，交互項BE對饅頭的比容有顯著的影響。由F值可知，在饅頭工藝條件內各因素對比容的影響依次是D（壓面次數）>A（酵母添加量）或E（醒發時間）>B（發酵時間）>C（發酵溫度）。

圖1a是發酵溫度為34 ℃、壓面次數為11、醒發時間20 min時，酵母添加量與發酵時間對馬鈴薯生漿饅頭比容影響的響應曲面圖。從圖中可以發現，當酵母添加量一定時，馬鈴薯生漿饅頭的比容隨著發酵時間的增加呈先上升然后下降的趨勢；當發酵時間不變時，馬鈴薯生漿饅頭的比容隨著酵母添加量的增加先上升后下降。圖1b是酵母添加量為1.0%、發酵時間為70 min、醒發時間20 min時，發酵溫度與壓面次數對饅頭比容影響的響應曲面圖。從圖中發現，當發酵溫度不變時，饅頭的比容隨著壓面次數的不斷增加呈先上升后下降的趨勢；當壓面次數不變時，饅頭的比容會隨著發酵溫度的增加先上升后下降。圖1c是酵母添加量為1.0%、發酵溫度為34 ℃、發酵時間為70 min時，醒發時間與壓面次數對饅頭比容影響的響應曲面圖。從圖中發現，當壓面次數一定時，饅頭的比容隨著醒發時間的增加先上升后下降；當醒發時間一定時，饅頭的比容隨著壓面次數的增加呈先增大后減少的趨勢。

圖1 工藝參數對比容影響的響應曲面Fig.1 Response surface of the effect of process parameters on specific volume

采用Design-Expert軟件分析了30%馬鈴薯生漿饅頭的最優工藝參數：酵母添加量為1.1%、發酵溫度為35 ℃、發酵時間為70 min、壓面次數為12、醒發時間為19 min，模型預測饅頭比容為2.28 mL/g。在最優參數條件下進行驗證實驗，測得饅頭比容平均值為2.34 mL/g，誤差小于5%，表明響應面優化30%馬鈴薯生漿饅頭加工工藝具有較高的可靠性（表9）。并且，與未優化的30%馬鈴薯生漿饅頭（2.02 mL/g）相比較，工藝優化后饅頭比容顯著提高。

表9 兩組饅頭比容特性的比較Table 9 Comparison of specific volume characteristics between two groups of steamed bread

3 結論

采用30%馬鈴薯生漿和70%中筋小麥粉為原料制作馬鈴薯生漿饅頭，在單因素實驗結果的基礎上，結合饅頭比容確定了馬鈴薯生漿饅頭的最佳工藝參數，即酵母添加量為 1.1%、壓面次數12、發酵時間70 min、發酵溫度35 ℃、醒發時間19 min。在此工藝條件下馬鈴薯生漿饅頭品質較好，具有特有的薯香味。由于馬鈴薯的價格比馬鈴薯全粉低，是馬鈴薯主食制品的理想原料。因此，馬鈴薯生漿饅頭研究在一定程度上為馬鈴薯主食化發展提供參考。